DE4205756C2 - Membranbetätigtes Stellglied - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein membranbetätigtes Stellglied zum Steuern einer an einem Kraftfahrzeug befestigten Vorrichtung. Ein derartiges membranbetätigtes Stellglied wird beispielsweise zum Betätigen eines Drosselventils in einem automatischen Steuersystem zur Einstellung einer Reisegeschwindigkeit verwendet, indem die Geschwindigkeit eines Autos automatisch auf eine eingestellte Reisegeschwindigkeit gesteuert wird.

Bisher ist zum Betätigen des Drosselventils in einer automatischen Reisegeschwindigkeits-Steuerung ein membranbetätigtes Stellglied verwendet worden, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist.

Bei einem Stellglied 50, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, ist auf der einen Seite des Stellgliedgehäuses ein erstes Gehäuse 51 ausgebildet, das an seinem Außenumfang einen Flansch 51a hat und das in seinem Mittelabschnitt mit einem Zuführrohr 51b versehen ist. Das erste Gehäuse 51 ist ferner mit einem Federaufnahmeteil 51c versehen, das in einer konkaven Form an seiner Innenseite so eingeformt ist, daß es das Zuführrohr 51b umgibt.

Ein zweites Gehäuse 52, das die andere Seite des Stellgliedgehäuses bildet, ist an seinem Außenumfang mit einem Flanscherfassungsteil 52a versehen, der mit dem Flansch 51a des ersten Gehäuses in Eingriff bringbar ist, um auf diese Weise durch Verbinden des ersten und zweiten Gehäuses 51 und 52 miteinander zu einem Körper das Stellgliedgehäuse zu bilden; das zweite Gehäuse 52 ist in seinem Mittelabschnitt mit einem Durchgangsloch 52b zum Durchlassen einer Membranplatte 54 versehen, die im folgenden beschrieben werden wird.

Wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, ist eine Membran 53, die aus Gummi besteht, mit einem Rand 53b an ihrem äußeren Umfang ausgebildet und sie ist ferner mit einem Plattenpaßteil 53 versehen, das in ihrem Mittelteil in kreisrunder Form angebracht ist.

Die Membran 53 ist im Stellgliedgehäuse dadurch befestigt, daß der Rand 53b zwischen dem Flansch 51a des ersten Gehäuses 51 und dem Flanscherfassungsteil 52a des zweiten Gehäuses 52 gehalten wird; mit ihrem Plattenpaßteil 53c ist sie an der Membranplatte 54 angebracht.

Die Membranplatte 54 ist mit einem Kabelanschluß 54a versehen, der mit einem Drosselklappenkabel 60 in Eingriff kommt, das seinerseits mit einer nicht dargestellten Drosselklappe eines Fahrzeugmotors verbunden ist; ferner ist die Membranplatte 54 mit einer Ausnehmung 54b versehen, in die das Plattenpaßteil 53c der Membran 53 eingreifen kann sowie mit einem Vorsprung 54c zum Aufpassen einer konischen Feder 55. Die Membranplatte 54 ist an der Membran 53 dadurch angebracht, daß das Plattenpaßteil 53c der Membran 53 in der Ausnehmung 54b der Membranplatte 54 entsprechend der Funktion der Elastizität der Membran 53 aufgenommen ist.

Zwischen der Membranplatte 54 und dem ersten Gehäuse 51 des Stellgliedgehäuses ist die konische Feder 55 dadurch angeordnet, daß ihre beiden Enden mit dem Vorsprung 54c der Membranplatte 54 und dem Federaufnahmeteil 51c des ersten Gehäuses 51 in Eingriff sind. Auf diese Weise wird zwischen dem ersten Gehäuse 51 und der an der Membranplatte 54 angebrachten Membran 53, die ihrerseits durch die konische Feder 55 in Fig. 3 nach links beaufschlagt wird, eine Unterdruckkammer 56 gebildet.

Wenn in ein Stellglied 50, das den oben beschriebenen Aufbau hat, durch das Zuführrohr 51b auf ein Kommando hin, das von einer Steuervorrichtung eines nicht dargestellten automatischen Reisegeschwindigkeits-Steuerungssystem abgegeben wird, ein Unterdruck in die Unterdruckkammer 56 eingeführt wird, dann wird der Druck in der Unterdruckkammer 56 vermindert und die Membranplatte 54 bewegt sich zusammen mit der Membran 53 entgegen der elastischen Kraft der konischen Feder 55 in Fig. 3 nach rechts.

Aufgrund der Betätigung der Membranplatte 54 nach rechts wird die Drosselklappe des Fahrzeugmotors über das Drosselklappenkabel 60 in Öffnungsrichtung betätigt, wobei das Fahrzeug so beschleunigt wird, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit automatisch auf der eingestellten Reisegeschwindigkeit gehalten wird. Wenn dann durch Betätigen nicht dargestellter Ventile gemäß eines Signals, das von der Steuervorrichtung abgegeben wird, über das Zuführrohr 51b atmosphärischer Druck in die Unterdruckkammer 56 eingeführt wird, dann bewegt sich die Membranplatte 54 zusammen mit der Membran durch die elastische Kraft der konischen Feder 55 in Fig. 3 nach links und die Drosselklappe kehrt über das Drosselklappenkabel 60 in Schließrichtung zurück.

Zu diesem Zeitpunkt ist das Federaufnahmeteil 53c der Membran 53 in die Ausnehmung 54b der Membranplatte 54 so eingepaßt, daß der Druck in der Unterdruckkammer nicht entweichen kann.

Das oben beschriebene, bekannte Stellglied 50 ist jedoch so konstruiert, daß die Membranplatte 54 an der Membran 53 durch Einpassen des Plattenpaßteiles 53c der Membran 53 in die Ausnehmung 54b der Membranplatte 54 befestigt ist, also lediglich durch die Wirkung der elastischen Kraft der Membran 53; demzufolge besteht die Möglichkeit, daß das Plattenpaßteil 53c der Membran 53 herausgezogen wird und sich aus der Ausnehmung 54b der Membranplatte 54 dann löst, wenn der Druck in der Unterdruckkammer 56 erheblich vermindert wird. Es besteht demzufolge ein Problem insofern, als daß es unmöglich wird, die Drosselklappe eines Fahrzeugs zu betätigen und die Fahrzeuggeschwindigkeit konstant auf der eingestellten Reisegeschwindigkeit zu halten, da Luft in die Unterdruckkammer 56 dann einfließt, wenn das Plattenpaßteil 53c der Membran 53 sich von der Ausnehmung 54b der Membranplatte 54 gelöst hat.

Bei einem aus der DE 35 37 237 A1 bekannten Bremskraftverstärker, ist eine ringförmige Ausdehnungszone in der Membran vorgesehen, die unmittelbar an der Membranplatte anliegt. Die Membranplatte ist in diesem Bereich nicht plattenförmig eben ausgebildet, sondern besitzt dort einen ringförmigen Abschnitt mit in etwa halbkreisförmigem Querschnitt. Auf der Innenseite dieses ringförmigen Abschnitts der Membranplatte liegt die ringförmige Ausdehnungszone der Membran vollständig an. Da der Scheitelpunkt der Wölbung der ringförmigen Ausdehnungszone der Membran zur Vakuumkammer hin gerichtet ist, sorgt der auf der Außenseite der Membran wirkende atmosphärische Druck für eine stramme und feste Anlage der ringförmigen Ausdehnungszone der Membran an die angepaßt ausgebildete Oberfläche der Membranplatte. Wenn nun bei diesem Bremskraftverstärker eine übermäßige Kraft auf die Membran ausgeübt wird und sich die Membran im Bereich ihrer Ausdehnungszone verformen soll, um dort diese Kraft aufzunehmen, um somit zu verhindern, daß die Kraft auf das Plattenpaßteil einwirkt und dieses verformt, hindert die durch die enge und feste Anlage der Membran in ihrer Ausdehnungszone an der Membranplatte hervorgerufene Reibung die Membran an einer geeigneten Ausdehnung oder erschwert diese zumindest.

Die DE 30 07 532 C2 offenbart einen Bremskraftverstärker mit einer Membranplatte, die im radial äußeren Bereich konisch ausgebildet ist, wobei die konische Fläche zur Mitte hin in einen ebenen Ringabschnitt übergeht, der wiederum in einen zentralen zylindrischen Abschnitt übergeht. Die Membran liegt am konischen Abschnitt und am ebenen Ringabschnitt an, während sie radial außerhalb des konischen Abschnitts und innerhalb des zylindrischen Abschnitts einen sich im wesentlichen achsparallel erstreckenden schlaufenartigen Abschnitt aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein membranbetätigtes Stellglied anzugeben, das in der Lage ist, ein Ablösen der Membranplatte von der Membran zu verhindern.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein membranbetätigtes Stellglied zum Steuern einer an einem Kraftfahrzeug befestigten Vorrichtung, umfassend: ein Stellgliedgehäuse mit ersten und zweiten tassenförmigen Gehäusehälften, die miteinander in Eingriff stehen, wobei die zweite Gehäusehälfte eine Öffnung in ihrem Mittelabschnitt aufweist; eine zwischen der ersten und der zweiten Gehäusehälfte des Stellgliedgehäuses liegende Membran, die zusammen mit der ersten Gehäusehälfte des Stellgliedgehäuses eine Unterdruckkammer bildet, wobei die Membran in ihrem Mittelteil ein Plattenpaßteil aufweist, wobei das Plattenpaßteil eine Mittelöffnung besitzt; eine Membranplatte, die im Stellgliedgehäuse angeordnet und am Plattenpaßteil der Membran befestigt ist, wobei die Membranplatte einen vorstehenden Abschnitt mit einem durch die Öffnung in der zweite Gehäusehälfte des Stellgliedgehäuses hervorstehenden Kabelanschlußglied besitzt; eine konische Feder, die zwischen der Membranplatte und der ersten Gehäusehälfte des Stellgliedgehäuses angeordnet ist, wobei die konische Feder die Membranplatte und das Plattenpaßteil zur zweiten Gehäusehälfte des Stellgliedgehäuses hin drängt; und wobei die Membran weiter mit einer ringförmigen Ausdehnungszone versehen ist, die einen halbkreisförmig gekrümmten Abschnitt besitzt, welcher sich zur zweiten Gehäusehälfte hin erstreckt und dem Plattenpaßteil benachbart gelegen und von der Membranplatte beabstandet ist, um mit der Membranplatte einen Luftraum zu bilden.

Bei dem membranbetätigten Stellglied nach der Erfindung weist die Membran vorzugsweise weiterhin eine Ringrippe auf, die die Ausdehnungszone umgibt.

Die ringförmige und dickwandige Rippe, die an der Membran vorgesehen ist, hat im Vergleich zu den anderen Teilen der Membran eine gute Steifigkeit und die Membran ist daher so aufgebaut, daß die Rippe verhindern kann, daß der Mittelteil der Membran selbst dann nach außen gezogen wird, wenn der Druck in der Unterdruckkammer erheblich reduziert wird und die anderen Teile der Membran durch die erhebliche Kraft verformt werden.

Der ringförmige Ausdehnungsabschnitt mit halbkreisförmig gebogenem Querschnitt ist darüber hinaus so aufgebaut, daß er sehr leicht verformt werden kann, so daß er den Mittelteil der Membran vor Zugkräften schützen kann, die auf die Membran durch ihre eigene Verformung aufgebracht werden und zwar selbst dann, wenn der Druck in der Unterdruckkammer erheblich vermindert wird.

Es ist demzufolge schwer, die Membran, die mit der ringförmigen Rippe oder dem ringförmigen Ausdehnungsabschnitt oder mit beidem versehen ist, von der Membranplatte zu lösen.

Anhand der Zeichnung wird nun eine Ausführungsform des membranbetätigten Stellgliedes nach der Erfindung beispielsweise in Anwendung als Stellglied eines automatischen Steuersystems für die Reisegeschwindigkeit eines Fahrzeugs erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine senkrechte Schnittansicht, die eine Ausführungsform des membranbetätigten Stellgliedes nach der Erfindung darstellt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht, die eine Membran des Stellgliedes darstellt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist;

Fig. 3 eine senkrechte Schnittansicht eines üblichen, membranbetätigten Stellgliedes; und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Membran des üblichen Stellgliedes, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.

Bei einem Stellglied 1, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist der äußere Umfang eines auch als "erste Gehäusehälfte" bezeichneten ersten Gehäuseteils 2, der eine Seite des Stellgliedgehäuses bildet, mit einem Flansch 2a versehen und ferner in seinem Mittelteil mit einem Zuführrohr 2b zum Zuführen negativen oder atmosphärischen Druckes. Der erste Gehäuseteil 2 ist ferner mit einem Federaufnahmeteil 2c versehen, der das Zuführrohr 2b umgibt und auf der inneren Seite des ersten Gehäuseteils konkav eingeformt ist. Das Zuführrohr 2b steht über entsprechende, nicht dargestellte Ventile mit einer Vakuumquelle, wie z. B. mit dem Einlaßkrümmer eines Fahrzeugmotors, und mit der Atmosphäre in Verbindung.

Ein auch als "zweite Gehäusehälfte" bezeichneter zweiter Gehäuseteil 3, der die andere Seite des Stellgliedgehäuses bildet, ist an seinem äußeren Umfang mit einem Flanscherfassungsteil 3a zum Erfassen des Flansches 3a versehen, wobei durch Verbinden des ersten und zweiten Gehäuseteils miteinander zu einem Körper das Stellgliedgehäuse gebildet wird; der zweite Gehäuseteil ist in seinem Mittelabschnitt mit einem Durchgangsloch 3b zum Durchlassen einer Membranplatte 4 versehen, die später beschrieben werden wird.

Eine Membran 5, die eine tassenähnliche Form aufweist und aus Gummi besteht, ist mit einem Plattenpaßteil 5c versehen, der in ihrem Mittelteil in Ringform ausgebildet ist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Die Membran 5 ist ferner mit einem ringförmigen Ausdehnungsabschnitt 5d versehen, der eine Dicke hat, die ähnlich groß ist wie die des anderen Teiles der Membran 5, und der einen halbkreisförmig gebogenen Querschnitt hat, der dem Plattenpaßteil 5c benachbart ist und diesen in gewissem Abstand umgibt, wobei der halbkreisförmig gebogene Abschnitt von der Membranplatte 4 beabstandet ist, um dazwischen eine Luftzelle 5f zu bilden. Zusätzlich ist die Membran 5 mit einer ringförmigen Rippe 5e ausgebildet, die einen dickwandigen Abschnitt hat und im Vergleich zum anderen Teil der Membran 5 eine gute Steifigkeit und die sich bei dieser Ausführungsform an der Seite des zweiten Gehäuseteils in der Nähe des äußeren Umfanges des ringförmigen Ausdehnungsabschnittes 5d erstreckt.

Die Membran 5 ist an der Innenseite des Stellgliedgehäuses durch Festhalten des Randes 5b zwischen dem Flansch 2a des ersten Gehäuseteils 2 und dem Flanscherfassungsteil 3a des zweiten Gehäuseteils 3 gehalten und sie ist mit ihrem Plattenpaßteil 5c an der Membranplatte 4 angebracht.

Die Membranplatte 4 ist mit einem Kabelanschluß 4a versehen, der mit einem Drosselklappenkabel in Eingriff steht, das seinerseits mit einer nicht dargestellten Drosselklappe eines Fahrzeugmotors in Verbindung steht, wobei die Ausnehmung 4b mit dem Plattenpaßteil 5c der Membran 5 in Eingriff ist und ein Vorsprung 4c in das eine Ende einer konischen Feder 6 eingepaßt ist. Die Membranplatte 4 ist am Mittelteil der Membran 5 durch Einpassen des Plattenpaßteiles 5c der Membran 5 in die Ausnehmung 4b der Membranplatte 4 aufgrund der Funktion der elastischen Kraft der Membran 5 angebracht.

Die konische Feder 6 ist zwischen der Membranplatte 4 und dem ersten Gehäuseteil 2 des Stellgliedgehäuses dadurch angebracht, daß ihre beiden Enden jeweils mit dem Vorsprung 4c der Membranplatte 4 und mit dem Federaufnahmeteil 2c des ersten Gehäuseteil 2 in Eingriff sind. Auf diese Weise wird zwischen dem ersten Gehäuseteil 2 und der Membran 5, die mit der Membranplatte 4 versehen ist, und durch die konische Feder 6 in Fig. 1 nach links kraftbeaufschlagt ist, eine Unterdruckkammer 7 gebildet.

Wenn in ein Stellglied 1, das den oben beschriebenen Aufbau hat, durch das Zuführrohr 2b und ein nicht dargestelltes Ventil aufgrund eines Beschleunigungskommandos, das von einer Steuereinrichtung eines automatischen Steuersystems für eine Reisegeschwindigkeit ausgegeben wird, ein Unterdruck eingeführt wird, dann wird der Druck in der Unterdruckkammer 7 vermindert und die Membranplatte 4 bewegt sich zusammen mit der Membran 5 entgegen der elastischen Kraft der konischen Feder 6 in Fig. 1 nach rechts. Aufgrund der nach rechts gerichteten Bewegung der Membranplatte 4 wird das Drosselklappenkabel 60 gezogen und die Drosselklappe des Fahrzeugmotors wird über das Drosselklappenkabel 60 in Öffnungsrichtung betätigt, wodurch das Fahrzeug so beschleunigt wird, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit konstant auf der eingestellten Reisegeschwindigkeit gehalten wird.

Wenn durch Betätigen von nicht dargestellten Ventilen aufgrund eines Verlangsamungskommandos von der Steuervorrichtung über das Zuführrohr 2b atmosphärischer Druck in die Unterdruckkammer 7 eingeführt wird, dann steigt der Druck in der Unterdruckkammer 7 an und die Membranplatte 4 bewegt sich zusammen mit der Membran 5 durch die elastische Kraft der konischen Feder 6 in Fig. 1 nach links. Aufgrund der nach links gerichteten Bewegung der Membranplatte 4 bewegt das Drosselklappenkabel 60 die Drosselklappe in Schließrichtung, wobei das Fahrzeug so verlangsamt wird, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit konstant auf der eingestellten Reisegeschwindigkeit gehalten wird.

Zu diesem Zeitpunkt verhindert die ringförmige Rippe 5e, die an der Membran 5 dickwandig angeformt ist, daß das Plattenpaßteil 5c selbst dann nach außen gezogen wird, wenn der Druck in der Unterdruckkammer 7 aus irgendeinem Grunde erheblich vermindert wird und die anderen Teile der Membran 5 verformt werden. Darüber hinaus nimmt der ringförmige Ausdehnungsabschnitt 5d, der zwischen der ringförmigen Rippe 5e und dem Plattenpaßteil 5c auf der Membran 5 angebracht ist, die Zugkräfte auf, die auf das Plattenpaßteil 5c bei der vorliegenden Ausführungsform durch Verformung des Abschnitts 5d und die Elastizität der in der Luftzelle 5f zwischen dem Abschnitt 5d und der Platte 4 enthaltenen Luft aufgebracht werden und zwar selbst dann, wenn die ringförmige Rippe 5e nicht ausreichend verhindern kann, daß Zugkräfte auf das Plattenpaßteil 5c aufgebracht werden.

Demzufolge wird das Plattenpaßteil 5c niemals verformt und die Membranplatte 4 löst sich selbst dann nicht von dem Plattenpaßteil 5c, wenn eine sehr hohe Kraft auf die Membran 5 aufgebracht wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Drosselklappe eines Fahrzeugmotors mit hoher Genauigkeit entsprechend einem Kommando zu steuern, das von der Steuereinheit eines automatischen Steuersystems für eine Reisegeschwindigkeit herrührt, da Luft daran gehindert wird, in die Unterdruckkammer 7 einzuströmen.

Bei einem membranbetätigten Stellglied nach der Erfindung, das die oben beschriebene Konstruktion aufweist, hindert die ringförmige Rippe, die an der Membran angeformt ist, das Mittelteil der Membrane daran, nach außen herausgezogen zu werden, und zwar selbst dann, wenn der Druck in der Unterdruckkammer erheblich vermindert wird und die anderen Teile der Membran durch die sehr große Kraft deformiert werden. Die ringförmige Ausdehnungszone, die in der Membran eingeformt ist, trennt den Mittelabschnitt der Membran von der Zugkraft, die auf die Membran durch ihre eigene Verformung aufgebracht wird und zwar selbst dann, wenn der Druck in der Unterdruckkammer erheblich vermindert wird. Der Mittelabschnitt der Membran kann daher kaum verformt werden und die Membran gerät selbst dann nicht außer Eingriff mit der Membranplatte, wenn erhebliche Kräfte auf die Membrane aus irgendeinem Grunde aufgebracht werden. Da die Luft daran gehindert wird, in die Unterdruckkammer einzufließen, wird eine sehr gute Wirkung erzielt und es ist möglich, die am Fahrzeugmotor angebrachte Vorrichtung, wie z. B. die Drosselklappe eines Fahrzeugmotors, mit hoher Genauigkeit zu betreiben.

Claims (2)

1. Membranbetätiges Stellglied (1) zum Steuern einer an einem Kraftfahrzeug befestigten Vorrichtung, umfassend
ein Stellgliedgehäuse mit ersten und zweiten tassenförmigen Gehäusehälften (2, 3), die miteinander in Eingriff stehen, wobei die zweite Gehäusehälfte (3) eine Öffnung (3b) in ihrem Mittelabschnitt aufweist;
eine zwischen der ersten und der zweiten Gehäusehälfte (2, 3) des Stellgliedgehäuses liegende Membran (5), die zusammen mit der ersten Gehäusehälfte (2) des Stellgliedgehäuses eine Un­ terdruckkammer (7) bildet, wobei die Membran (5) in ihrem Mittelteil ein Plattenpaßteil (5c) aufweist, wobei das Plat­ tenpaßteil (5c) eine Mittelöffnung besitzt;
eine Membranplatte (4), die im Stellgliedgehäuse angeordnet und am Plattenpaßteil (5c) der Membran (5) befestigt ist, wobei die Membranplatte (4) einen vorstehenden Abschnitt (4a) mit einem durch die Öffnung (3b) in der zweite Gehäusehälfte (3) des Stellgliedgehäuses hervorstehenden Kabelanschlußglied besitzt;
eine konische Feder (6), die zwischen der Membranplatte (4) und der ersten Gehäusehälfte (2) des Stellgliedgehäuses angeordnet ist, wobei die konische Feder (6) die Membranplatte (4) und das Plattenpaßteil (5c) zur zweiten Gehäusehälfte (3) des Stellgliedgehäuses hin drängt; und
wobei die Membran (5) weiter mit einer ringförmigen Ausdeh­ nungszone (5d) versehen ist, die einen halbkreisförmig ge­ krümmten Abschnitt besitzt, welcher sich zur zweiten Gehäuse­ hälfte (3) hin erstreckt und dem Plattenpaßteil (5c) benach­ bart gelegen und von der Membranplatte (4) beabstandet ist, um mit der Membranplatte (4) einen Luftraum (5f) zu bilden.

2. Membranbetätigtes Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) weiterhin eine ringförmige Rippe (5e) aufweist, die die ringförmige Ausdehnungszone (5d) umgibt.